(57)【要約】【課題】現像領域の電界を適正に制御し、潜像担持体上の現像剤の付着量を調整する。【解決手段】トナーを静電気力で搬送、ホッピングさせるための電界を発生させる複数の電極を有するトナー搬送部材２を具備し、前記トナー搬送部材２上の表面電位を測定する、表面電位測定手段を有しているトナー搬送装置、及びこのトナー搬送装置を備えた現像装置、プロセスカートリッジ、及び画像形成装置を提供する。【選択図】図１
2007114670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーを静電気力で搬送、ホッピングさせるための電界を発生させる複数の電極を有するトナー搬送部材を具備するトナー搬送装置であって、
前記トナー搬送部材上の表面電位を測定する、表面電位測定手段を具備していることを特徴とするトナー搬送装置。
【請求項２】
少なくとも、前記トナー搬送部材上をトナーが搬送する際に、前記表面電位測定手段により、トナー搬送部材上の表面電位を測定するようになされていることを特徴とする請求項１に記載のトナー搬送装置。
【請求項３】
前記トナー搬送部材上の表面電位を測定する時間を可変とすることを特徴とする請求項１又は２に記載のトナー搬送装置。
【請求項４】
前記表面電位測定手段による測定結果に基づいて、前記トナー搬送部材上の表面電位を制御する表面電位制御手段を有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のトナー搬送装置。
【請求項５】
前記トナー搬送部材上の前記表面電位制御手段は、複数の電極に印加する電圧パラメータを変化させるようになされていることを特徴とする請求項４に記載のトナー搬送装置。
【請求項６】
静電潜像担持体と対向して配置され、前記静電潜像担持体上の静電潜像を現像する現像装置であって、
請求項１〜５の何れか一項に記載のトナー搬送装置を具備していることを特徴とする現像装置。
【請求項７】
トナー搬送装置にトナーを供給するトナー供給手段を有し、
前記トナー供給手段によって供給されたトナーは、トナー搬送部材上を静電潜像担持体と対向する位置まで搬送され、現像に使用されなかったトナーはそのままトナー搬送部材上を搬送される現像装置であって、
前記トナー搬送部材上の表面電位制御手段は、トナー搬送部材上のトナー搬送方向に対して、トナー供給手段より下流側で、静電潜像担持体と対向する位置よりも上流に設けることを特徴とする請求項６に記載の現像装置。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
電子写真プロセスにおける潜像担持体、帯電手段、クリーニング手段のうちの少なくとも一つと、
請求項６又は７に記載の現像装置を一体に保持したことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項１０】
請求項９に記載のプロセスカートリッジを一つまたは複数備えていることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナー搬送装置、及びこれを具備する現像装置、さらには、これらを具備する画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、現像剤担持体上の現像剤を潜像担持体に直接接触させないで、現像剤を潜像担持体上に供給して現像を行う構成の現像装置が知られている。
その一例として、トナー搬送部材によって、トナーを潜像担持体上に供給するという従来技術がある。
このトナー搬送部材は潜像担持体に対向して配置され、その表面には複数の電極が所定のピッチで配置されている。
この電極にはｎ相の交流電圧が印加され、トナーを搬送する進行波電界を発生させるようになされており、トナーはこの進行波電界によって、垂直方向にホッピングしながら潜像担持体と対向する現像領域まで搬送される。
現像領域においては、ホッピングしたトナーには非画像部ではトナー搬送部材へ向かう力が、画像部では潜像担持体に向かう力が作用し、潜像が可視化され現像が行われる。
【０００３】
上述したように、搬送電界によってトナーをホッピングしながら搬送する場合、トナーに作用する力は、電界からの力が支配的であり、現像領域でのトナーの帯電量、及びトナー搬送部材と潜像担持体とで作られる電位差が非常に重要となる。
搬送トナーの帯電量変動については、「トナーの搬送速度を検知することによってトナー搬送部材上のトナーの帯電量へ換算・検知する」方法や、「トナーのホッピング高さと搬送量を検知することによってトナー搬送部材上のトナーの帯電量へ換算・検知する」方法、または上記二方法の組み合わせによる方法によって帯電量調整へフィードバックさせる技術が知られている。
このような技術により、下記のような課題の解消が図られていた。
【０００４】
トナーの帯電量が変動すると、トナーの搬送状態（ホッピングの高さや搬送速度）が変化する。トナーの帯電量が大きい場合、搬送電界から大きな力を受けるため、トナーはより高くホッピングすることができる。さらに、トナー同士の反撥も大きくなるため搬送中のトナーの密度は小さくなる。トナーの帯電量が大きいため、搬送電界によって搬送部材表面にひきつけられ付着したトナーには、より大きい鏡像力が働く。
電極に印加されている電圧が切り替わる際に、トナーはこの鏡像力打ち勝ってホッピングする必要があり、静止状態から動き出すのに時間がかかる。また搬送電界から受ける力が大きいため、電極に印加された電圧の切り替わりに応じてトナーは正確に追随する。
トナーの帯電量が小さい場合は、搬送電界から受ける力が小さいため、トナーはあまり高くホッピングしない。トナー同士の反撥も小さいため、搬送中のトナーの密度は大きくなる。また鏡像力も小さいため、電圧の切り替わりによって静止状態からすぐに動き出すことができる。またホッピングしているトナーにかかる力は小さいため、複数の電極を飛び越して搬送されるトナーも発生し、トナー搬送速度は大きくなる。
現像領域においては、トナーの帯電量が大きい場合、搬送電界から受ける力は大きいため、大きな運動エネルギーを持って潜像担持体へと向かう。そのようなトナーの一部が地肌部（非画像部）に付着し、地汚れが発生してしまう。また、画像部でも潜像に付着したトナー同士の反撥により、トナーチリも発生してしまう。
トナーの帯電量が小さい場合は、搬送電界から受ける力が小さいために、あまりトナーはホッピングせず潜像担持体に近づくことができないため、トナー付着量が低下する。
このような問題が発生するために、トナーの帯電量は適正値に制御することが必要であると言える。
【０００５】
また、潜像担持体上の現像剤の付着量を検知し、現像領域に搬送する現像剤の量を制御する技術についての開示もなされており、これにおいては、検知された付着量が大きい場合、搬送する現像剤の量を少なくし、付着量が小さい場合は搬送する現像剤の量を多くしている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００６】
しかしながら、これらに開示されている技術においては、トナーをホッピングしながら搬送する際のトナーに作用する力、すなわち電界からの力が重要である中で、トナー搬送部材と潜像担持体とで作られる電位差については、未だ充分に制御がなされていなかった。
すなわち、搬送トナーの量・帯電量がある一定の範囲で制御できたとしても、刻一刻と変動する搬送トナーの状態・搬送部材表面の状態の変動への対応が不完全である。
例えば、搬送部材表面の電気抵抗や、搬送トナーによる搬送部材表面のチャージアップ電位、または前記電気抵抗やトナー帯電量の逐次変動等による、搬送部材表面のチャージアップ電位変動がもたらす、現像領域での電界変動への対応である。
また環境変動等によって、現像領域でホッピングトナーが作るトナークラウド自身が持つ電位変動、如いては現像領域での電界変動への対応も不完全である。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１０１９３３号公報
【特許文献２】特開２００４−１７０７９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明においては、トナー搬送部材上の表面電位を測定する手段を設けることによって、現像領域でのトナー搬送部材と潜像担持体とで作られる電位差を検知し、その検知結果を搬送電極に印加する電圧パラメータを変化させることによって、現像領域の電界を適正に制御することとした。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明においては、トナーを静電気力で搬送、ホッピングさせるための電界を発生させる複数の電極を有するトナー搬送部材を具備し、前記トナー搬送部材上の表面電位を測定する、表面電位測定手段を備えているトナー搬送装置を提供する。
請求項２の発明においては、少なくとも、前記トナー搬送部材上をトナーが搬送する時に、前記表面電位測定手段により、トナー搬送部材上の表面電位を測定する。
請求項３の発明においては、前記トナー搬送部材上の表面電位を測定する時間を可変とする。
請求項４の発明においては、前記表面電位測定手段による測定結果に基づいて、前記トナー搬送部材上の表面電位を制御する表面電位制御手段を具備するトナー搬送装置を提供する。
請求項５の発明においては、前記トナー搬送部材上の前記表面電位制御手段は、複数の電極に印加する電圧パラメータを変化させるようになされていることを特徴とする請求項４に記載のトナー搬送装置。
請求項６の発明においては、静電潜像担持体と対向して配置され、前記静電潜像担持体上の静電潜像を現像する現像装置であって、前記請求項１〜５の発明に係るトナー搬送装置を具備している現像装置を提供する。
請求項７の発明においては、トナー搬送装置にトナーを供給するトナー供給手段を有し、前記トナー供給手段によって供給されたトナーは、トナー搬送部材上を静電潜像担持体と対向する位置まで搬送され、現像に使用されなかったトナーはそのままトナー搬送部材上を搬送される現像装置であって、前記トナー搬送部材上の表面電位制御手段は、トナー搬送部材上のトナー搬送方向に対して、トナー供給手段より下流側で、静電潜像担持体と対向する位置よりも上流に設けることを特徴とする現像装置を提供する。
請求項８の発明においては、前記請求項６又は７の発明に係る現像装置を備えた画像形成装置を提供する。
請求項９の発明においては、電子写真プロセスにおける潜像担持体、帯電手段、クリーニング手段のうちの少なくとも一つと、前記請求項６又は７の発明に係る現像装置を一体に保持した構成のプロセスカートリッジを提供する。
請求項１０の発明においては、前記請求項９の発明に係るプロセスカートリッジを一つまたは複数備えている画像形成装置を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、現像領域の電界を適正に制御でき、潜像担持体上の現像剤の付着量を理想的な状態に調整することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の例に限定されるものではない。
【００１２】
本発明のトナー搬送装置を備える現像装置の一例の概略構成図を図１及び図２に示す。これらにおいては、共通する構成部位は、同一番号を付するものとする。
図１に示す現像装置１０においては、磁性キャリアと非磁性トナーから成る二成分現像剤を用いているものとする。
図１の現像装置１０を構成する現像剤収容部４は２室に分けられており、現像装置内の両端部の現像剤通路によって連結されている。
現像剤収容部４には二成分現像剤が収容されており、各室にある攪拌搬送スクリュ５Ａ、５Ｂによって攪拌されながら現像剤収容部４内を搬送される。
【００１３】
現像装置１０には、トナー補給口６が配置されており、トナー収容部（図示せず）からトナー補給口６を通って、現像剤収容部４に補給される。
現像剤収容部４には現像剤の透磁率を検知するトナー濃度センサ（図示せず）が設置されており、現像剤の濃度を検知している。
現像剤収容部４のトナー濃度が減少すると、トナー補給口６から現像剤収容部４にトナーが補給される。
【００１４】
攪拌搬送スクリュ５Ａと対向する領域には、現像剤担持体３が配置されている。
現像剤担持体３の内部には、固定された磁石が配置されおり、現像剤担持体３の回転と磁力によって、現像剤収容部４内の現像剤は現像剤担持体３の表面に汲み上げられる。
現像剤の汲み上げ領域より現像剤担持体３の回転方向下流において、現像剤担持体３と対向する領域に現像剤層規制部材７が設けられている。
汲み上げ領域で汲み上げられた現像剤は、現像剤層規制部材部材７によって一定量の現像剤層厚に規制される。
現像剤層規制部材７を通った現像剤は、現像剤担持体３の回転に伴って、トナー搬送部材２と対向する領域まで搬送される。
【００１５】
現像剤担持体３には、第一電圧印加手段１１によって供給バイアスが印加されている。
トナー搬送部材２には、第二電圧印加手段１２によって電極２０に電圧が印加されている。
トナー搬送部材２と対向する領域においては、第一、第二電圧印加手段１１、１２によって現像剤担持体３とトナー搬送部材２との間に電界が生じている。
その電界からの静電気力を受け、トナーはキャリアから解離し、トナー搬送部材２の表面に移動する。
トナー搬送部材２の表面に達したトナーは、第二電圧印加手段１２が印加する電圧による搬送電界によって、トナー搬送部材２の表面上をホッピングしながら搬送される。
潜像担持体１と対向する領域まで搬送電界によって搬送されたトナーは、トナー搬送部材２と潜像担持体１上の画像部との間の現像電界によって、潜像担持体１上に現像される。
なお、このトナー搬送部材２と潜像担持体１とは、５０〜１０００μｍ、好ましくは１５０〜４００μｍの間隙をあけて非接触で対向している。
また、トナー搬送部材２は回転せず、外周面をトナーが矢示方向に搬送電界（移相電界）で搬送される。一方、現像剤担持体３は矢示方向に回転する。
【００１６】
図２は、本発明の現像装置の他の一例の概略構成図であり、これにおいては、非磁性トナーから成る一成分現像剤を適用する。
トナーは現像剤収容部１４に収容されており、トナー補給ローラによってトナーは現像剤担持体１３と摩擦帯電を行い、静電気力によって現像剤担持体１３上に汲み上げられる。
現像剤担持体１３上のトナーは、現像剤層規制部材７によって薄層とされ、現像剤担持体１３の回転に伴ってトナー搬送部材２と対向する領域に搬送される。
現像剤担持体１３には、第一電圧印加手段１１によって供給バイアスが印加されている。
トナー搬送部材２には、第二電圧印加手段１２によって電極２０に電圧が印加されている。
トナー搬送部材２と対向する領域においては、第一、第二電圧印加手段１１、１２によってトナー搬送部材２と現像剤担持体１３との間に電界が生じている。
その電界からの静電気力を受け、トナーは現像剤担持体１３から解離し、トナー搬送部材２表面に移動する。
トナー搬送部材２表面に達したトナーは、第二電圧印加手段１２が印加する電圧による搬送電界によって、トナー搬送部材２表面上をホッピングしながら搬送される。
潜像担持体１と対向する領域まで搬送電界によって搬送されたトナーは、トナー搬送部材２と潜像担持体１上の画像部との間の現像電界によって、潜像担持体１上に現像される。
【００１７】
ここで、トナー搬送部材２の詳細について図３を参照して詳細に説明する。
なお、図３は同トナー搬送部材２の一部を拡大した断面説明図である。
このトナー搬送部材２は、支持基板１０１上に複数の電極１０２を、ｎ本を１セットとして、トナー移動方向に沿って所要の間隔で配置し、この上に静電搬送面１０３ａを形成する絶縁性の静電搬送面形成部材となり、電極１０２の表面を覆う保護膜となる、無機又は有機の絶縁性材料で形成した表面保護層１０３を積層したものである。
【００１８】
支持基板１０１としては、ガラス基板、樹脂基板或いはセラミックス基板等の絶縁性材料からなる基板、あるいはＳＵＳ等の導電性材料からなる基板にＳｉＯ2等の絶縁膜を成膜したもの、ポリイミドフィルムなどのフレキシブルに変形可能な材料からなる基板等を適用できる。
電極１０２は、支持基板１０１上に、Ａｌ、Ｎｉ−Ｃｒ等の導電性材料を０．１〜１０μｍ厚、好ましくは０．５〜２．０μｍで成膜し、これをフォトリソ技術等を用いて所要の電極形状にパターン化して形成している。
これらの複数の電極１０２のトナー搬送方向における幅（電極幅）ａは、移動させる粉体の平均粒径の１倍以上２０倍以下とし、かつ、電極１０２のピッチｐも移動させるトナーの平均粒径の１倍以上２０倍以下としている。
【００１９】
表面保護層１０３は、例えばＳｉＯ2、ＴｉＯ2、ＴｉＯ4、ＳｉＯＮ、ＢＮ、ＴｉＮ、Ｔａ2Ｏ5等を適用でき、厚さは０．５〜１０μｍ、好ましくは０．５〜３μｍで形成している。
【００２０】
図３において、各電極１０２から伸びる線は各電極１０２に電圧を印加するための導電線を表しており、各線の重なる部分のうち黒丸で示した部分だけが電気的に接続されており、他の部分は電気的に絶縁状態である。
各電極１０２に対しては、本体側の電源１０４からｎ相の異なる駆動電圧Ｖ１１〜Ｖ１３、Ｖ２１〜Ｖ２３が印加される。
なお、本実施形態では３相の駆動電圧が印加される場合（ｎ＝３）について説明するが、本発明はトナー粒子が搬送される限りにおいて、ｎ＞２を満たす任意の自然数ｎについて適用可能である。
本実施形態では、各電極１０２は現像装置側の接点Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３，Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３のいずれかに接続されており、各接点Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３，Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３は、現像装置が画像形成装置本体に装着された状態においては、それぞれ駆動波形Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３、Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３を与える本体側電源１０４と接続される。
トナー搬送部材２は、トナー粒子を像担持体１近傍まで移送し、また現像領域通過後の現像に寄与しなかったトナー粒子を回収するための搬送領域、像担持体１の潜像にトナー粒子を付着させてトナー像を形成するための現像領域とに分けられる。
現像領域は、像担持体１に近接した領域のみに存在し、搬送領域はトナー搬送部材２の周上、現像領域以外の全域に存在する。
【００２１】
なお、トナーが移相電界によって移動可能な領域を「静電搬送面」という。
本実施形態の場合、トナー搬送部材２の周表面全体が静電搬送面である。
搬送領域では電源１０４によって各電極１０２に駆動波形Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３が印加され、現像領域では電源１０４によって各電極１０２に駆動波形Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３が印加される。
そこで、トナー搬送部材２におけるトナーの静電搬送の原理について説明する。トナー搬送部材２の複数の電極１０２に対してｎ相のパルス状電圧を印加することにより、複数の電極１０２によって移相電界（進行波電界）が発生し、トナー搬送部材２上の帯電したトナーは反発力及び／又は吸引力を受けて移送方向に移動する。
例えば、トナー搬送部材２の複数の電極１０２に対して図４に示すように、グランドＧ（０Ｖ）と正の電圧＋との間で変化するＡ相、Ｂ相、Ｃ相の３相のパルス状駆動波形（電圧）を、タイミングをずらして印加する。
このとき、図５に示すように、トナー搬送部材２上に負帯電トナーＴがあり、トナー搬送部材２の連続した複数の電極１０２にそれぞれ「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」が印加された（同図（ａ））とすると、負帯電トナーＴは「＋」の電極１０２上に位置する。次のタイミングで複数の電極１０２にはそれぞれ「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」が印加され（同図（ｂ））、負帯電トナーＴには左側の「Ｇ」の電極１０２との間で反発力が、右側の「＋」の電極１０２との間で吸引力がそれぞれ作用するので、負帯電トナーＴは「＋」の電極１０２側に移動する。さらに、次のタイミングで複数の電極１０２には、図５（ｃ）に示すように、それぞれ「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」が印加され、負帯電トナーＴには同様に反発力と吸引力がそれぞれ作用するので、負帯電トナーＴは更に「＋」の電極１０２側に移動する。
【００２２】
これを図６を参照して具体的に説明する。
図６（ａ）に示すように、トナー搬送部材２の電極Ａ〜Ｆがいずれも０Ｖ（Ｇ）で、トナー搬送部材２上に負帯電トナーＴが載っている状態から、図６（ｂ）に示すように電極Ａ、Ｄに「＋」が印加されると、負帯電トナーＴは電極Ａ及び電極Ｄに吸引されて電極Ａ、Ｄ上に移る。
次のタイミングで、図６（ｃ）に示すように、電極Ａ、Ｄがいずれも「０」になり、電極Ｂ、Ｅに「＋」が印加されると、電極Ａ、Ｄ上のトナーＴは反発力を受けるとともに、電極Ｂ、Ｅの吸引力を受けることになって、負帯電トナーＴは電極Ｂ及び電極Ｅに移送される。
さらに、次のタイミングで、図６（ｄ）に示すように、電極Ｂ、Ｅがいずれも「０」になり、電極Ｃ、Ｆに「＋」が印加されると、電極Ｂ、Ｅ上のトナーＴは反発力を受けるとともに、電極Ｃ、Ｆの吸引力を受けることになって、負帯電トナーＴは電極Ｃ及び電極Ｆに移送される。このように進行波電界によって負帯電トナーは順次図において右方向に移送されることになる。
このように複数の電極１０２に電圧の変化する多相の駆動波形（電圧）を印加することで、トナー搬送部材２上には進行波電界が発生し、負帯電トナーはこの進行波電界の進行方向に移動する。なお、正帯電トナーの場合には駆動波形の変化パターンを逆にすることで同様に同方向に移動する。
【００２３】
次に、電源１０４（第２電圧印加手段１１）の一例について図７を参照して説明する。
この電源１０４は、パルス信号を生成出力するパスル信号発生回路１０５と、このパルス信号発生回路１０５からのパルス信号を入力して駆動波形であるパルス状電圧Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３を生成出力する波形増幅器１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃと、パルス信号発生回路１０５からのパルス信号を入力して駆動波形Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３を生成出力する波形増幅器１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃとを有する。
パルス信号発生回路１０５は、例えばロジックレベルの入力パルスを受けて、各１２０°に位相シフトした２組みパルスで、次段の波形増幅器１０６ａ〜１０６ｃ、１０７ａ〜１０７ｃに含まれるスイッチング手段、例えばトランジスタを駆動して１００Ｖのスイッチングを行うことができるレベルの出力電圧１０〜１５Ｖのパルス信号を生成して出力する。
波形増幅器１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃは、搬送領域の各電極１０２に対して、３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３を印加し、波形増幅器１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃは、現像領域の各電極１０２に対して、３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖ２１、ｖ２２、Ｖ２３を印加する。
【００２４】
ここで、トナー搬送部材２の搬送領域では、各電極１０２に対して、図８に示すように、各相の＋１００Ｖの印加時間ｔａを繰り返し周期ｔｆの１／３である約３３％に設定した（これを「搬送電圧パターン」という。）３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３を印加する。この駆動波形は搬送領域においてトナーを高速搬送させるのに適した波形である。
【００２５】
また、現像領域では、各電極１０２に対して、図９に示すように、各相の＋１００Ｖ又は０Ｖの印加時間ｔａを繰り返し周期ｔｆの２／３である約６７％に設定した（これを「現像電圧パターン」という）３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３を印加する。現像領域ではトナー粒子を積極的に像担持体に向かって打ち上げることが好ましく、図９の駆動波形はトナー粒子を打ち上げるのに適している。
なお、現像電圧パターンの駆動波形を印加した場合でも、０Ｖ電極のセンターに位置したトナー以外は、横方向への力も受けるため、すべてのトナーがいっせいに高く打ち上げられるというものではなく、水平方向に移動するトナーもあり、逆に、搬送電圧パターンの駆動波形を印加した場合でも、トナーの位置によっては、大きな角度で斜めに打ち上げられて水平に移動するよりも上昇距離の方が大きいものがある。
従って、搬送領域において各電極１０２に印加する駆動波形パターンは前述した図８に示す搬送電圧パターンに限られるものではなく、また、現像領域１２の各電極１０２に印加する駆動波形パターンも前述した図９に示す現像電圧パターンに限られるものではない。
電圧値のＶhiやＶlo、周波数のtfは、プロセス制御によって任意の値に設定することができるようになっている。
本実施例では電圧をパルス状としたが、sin波でも三角波でもよい。
【００２６】
上記において、駆動波形は３相の場合を説明したが、これをｎ相に一般化すると、次のようになる。
すなわち、各電極に対してｎ相（ｎは３以上の整数）のパルス状電圧（駆動波形）を印加して進行波電界を発生させる場合、１相あたりの電圧印加時間が｛繰り返し周期時間×（ｎ−１）／ｎ｝未満となる電圧印加デューティとすることによって、搬送、現像の効率を上げることができる。
例えば、３相の駆動波形を用いる場合には、各相の電圧印加時間ｔａを繰り返し周期時間ｔｆの２／３である約６７％未満に設定し、４相の駆動波形を用いる場合には、各相の電圧印加時間を繰り返し周期時間の３／４である７５％未満に設定することが好ましい。
他方、電圧印加デューティは、｛繰り返し周期時間／ｎ｝以上に設定することが好ましい。例えば、３相の駆動波形を用いる場合には、各相の電圧印加時間ｔａを繰り返し周期時間ｔｆの１／３である約３３％以上に設定することが好ましい。
すなわち、注目電極に印加する電圧と進行方向上流側隣接電極及び下流側隣接電極に印加する各電圧との間には、上流側隣接電極が反発、下流側隣接電極が吸引という時間を設定することによって、効率を向上することができる。特に、駆動周波数が高い場合は、｛繰り返し周期時間／ｎ｝以上で｛繰り返し周期時間×(ｎ−１)／ｎ｝未満の範囲内に設定することにより、注目電極上のトナーに対する初期速度が得られやすくなる。
【００２７】
トナーを搬送電界によってホッピングしながら搬送する場合、トナーは搬送部材の表面と衝突する際に電荷を失う。
これはトナーと搬送部材表面との接触摩擦と考えることができる。トナーは現像剤層規制部材を通過する際に、キャリアとの摩擦帯電によって帯電する。
帯電したトナーは供給領域でトナー搬送部材に供給される。供給されたトナーは、搬送電界によってトナー搬送部材の表面との衝突とホッピングを繰り返しながら搬送されていく。
よって、トナーとトナー搬送部材表面との衝突回数はトナーの搬送距離と比例し、搬送距離が短いと帯電量の低下は少なく、搬送距離が長いと帯電量の低下は大きい。キャリアとの摩擦によって得たトナーの帯電量は、搬送中のトナー搬送部材との衝突によって低下し、最終的にある一定値に収束する。この収束値は、トナーとトナー搬送部材の表面材料との摩擦帯電特性によって決定される。トナーはその収束値の帯電量で現像領域に搬送される。
搬送中のトナーの収束値は、トナーとトナー搬送部材の表面材料との摩擦帯電特性によって決定されるため、画像形成装置内の環境に影響を受ける。画像形成装置内の環境が変動すると、トナーの帯電量の収束値も変化する。よって、搬送中のトナーの帯電量の収束値を検知する必要がある。
検知方法としては、トナー搬送部材と対向する位置に電極等を置いて、電極に電圧を印加し付着したトナーの量を測定する方法や発光素子と受光素子を用いて光学的に測定する方法等があるが、どの方法を選択しても本発明には影響しないから特に限定しない。
【００２８】
現像領域まで搬送部材上をホッピングして、上述したように帯電量をある値に収束させたトナーを、静電潜像担持体上の潜像に付着させる本現像方式は、現像領域のトナーをトナー搬送部材と潜像担持体上の画像部との間で形成する現像電界によって像担持体潜像部に付着させるもので、現像領域内のトナーにはキャリア等に保持されたトナーが潜像に向かう場合に必要な、キャリア等との付着力に打ち勝つための力は必要なく、電界に対して敏感に反応する現像方式である。
このとき、トナー搬送部材上の実効電位Ｖdevは、第二電圧印加手段が印加する搬送部材電位と、搬送トナーのクラウドが作るトナー層電位と、トナーの帯電荷が搬送部材表面に与えるチャージアップ電位のトータルによって決定される。第二電圧印加手段の電位は任意に可変であるが、搬送トナー層電位やチャージアップ電位は環境やトナー・搬送部材表層の劣化等によって変動してしまう。よって、実際の現像領域での現像を行う際に、所望の現像電界による現像を行えずに如いては濃度過多、または地汚れ等の異常画像を発生し易い。
【００２９】
図１０に示すようにトナー搬送部材上の表面電位を測定する手段、すなわち表面電位測定手段Ｓを備えることによって、搬送部材表面の電位を逐一測定することができる。よってその結果を第二電圧印加手段へフィードバックさせて異常画像を発生しないような適正な現像電界を得ることができる（請求項１）。
【００３０】
また、トナー搬送部材上をトナーが搬送している時にトナー搬送部材上の表面電位を測定することによって、搬送トナーのクラウドが作るトナー層電位と、トナーの帯電荷が搬送部材表面に与えるチャージアップ電位を含めたトナー搬送部材上の実効電位Ｖdevを検知することができる。
よってその結果を第二電圧印加手段へフィードバックさせて異常画像を発生しないような適正な現像電界をより精度よく得ることができる（請求項２）。
【００３１】
図１１は、ｎ＝３層、Ｖhi＝−６０Ｖ、Ｖlo＝−２６０Ｖ、tf＝５ｋＨｚ、電圧印加デューティ５０％、トナーｑ／ｍ＝−２０μＣ／ｇでの搬送部材表面の実効電位Ｖdevを測定した結果の一例である。
Ａ点で第二電圧印加手段をＯＮ、Ｂ点でトナー供給すなわち実際のトナー搬送開始、Ｃ点で第二電圧印加手段をＯＦＦしている。
Ａ−Ｂ間は、Ｖhi＝−６０Ｖ、Ｖlo＝−２６０Ｖ、電圧印加デューティ５０％から算出できる、（−６０−２６０）／２＝−１６０Ｖと一致した測定値となっている。
図１１中の−１８８Ｖは、トナーを搬送しているときの実行Ｖdevを測定したものである。
また、トナー搬送開始直後のＢ点直後の時間は、搬送電位が不安定である。これは、搬送開始直後は、トナー搬送が不安定であるためで、実効電位の測定値として用いるにはあまり適していない。よって、このような搬送開始直後の不安定な時間の測定値を使用しないように、トナー搬送部材上の表面電位を測定する時間を可変とする工夫をすることが好ましい（請求項３）。
【００３２】
ところで、トナー搬送中は、計算上の−１６０Ｖと比較して２２Ｖ低い−１８８Ｖが実効値Ｖdevとなっており、静電潜像担持体の地肌電位Ｖdとで作られる地肌ポテンシャルは計算上と比較して２２Ｖ小さく、それだけ地肌汚れに対する余裕が低下する。
この結果をフィードバックできるような方法の一つとして、図１２にトナー搬送部材上の実行電位Ｖdev検知と制御のフローチャートの一例を示す（請求項４）。
まずトナーの供給と搬送であるが、始めに第二電圧印加手段１２によって、トナー搬送部材２の電極に電圧が印加される。
その後、第一電圧印加手段１１によって現像剤担持体３に電圧が印加されるのと同時に現像剤担持体３を回転させる。
第二電圧印加手段１２によってトナー搬送部材２の電極に電圧が印加されるより先に、現像剤担持体３に電圧が印加されるのと同時に現像剤担持体３を回転させると、トナー搬送部材２に供給されたトナーは供給領域に堆積して貼り付いてしまう。すると、その後搬送電界を作用させてもトナー自身の電荷によって搬送電界がトナーにあまり作用せず、堆積したトナーは動かなくなってしまう。堆積して動かなくなったトナーは、その後のトナーの供給にも影響を与えてしまう。よって、先にトナー搬送部材２の電極に電圧を印加した後に、現像剤担持体３に電圧を印加するのと同時に現像剤担持体３を回転させる。
トナーがトナー搬送部材２上をホッピングしながら搬送されると、次にトナー搬送中の搬送部材表面電位Ｖdevを検知する。Ｖdevは第二電圧印加手段１２によるトナー搬送部材の電位と、搬送トナーのクラウドが作るトナー層電位と、トナーの帯電荷が搬送部材表面に与えるチャージアップ電位を含めたトナー搬送部材２上の実効電位であり、現像領域ではトナー搬送部材２であると同時に、静電潜像担持体に対向する、トナー担持体の現像バイアスの役目を果たしている。よって、予め設定している静電潜像担持体の地肌部電位Ｖdおよび露光部電位ＶLとの相関から、地汚れなくかつ適正な現像トナー付着量を得られるようなＶdevになるように、第二電圧印加手段１２にフィードバックして印加電圧を調整する。
【００３３】
例えば、図９に示したＶhiやＶloの値や、tf値を調整することも可能である。
ＶhiとＶloの値は、第二電圧印加手段１２による搬送部材電位を直接変化させる。但し、（Ｖhi−Ｖlo）や、tfの調整は、トナーのホッピングエネルギーを変化させるパラメータであるから、（Ｖhi−Ｖlo）の値は変えないほうが望ましい。もちろん、これらパラメータを複数同時に調整してもよい（請求項５）。
この調整は一回で終了してもいいし、調整後再度Ｖdevを測定してＶdevが所望の範囲、例えばＶdev ≧ ５０＋Ｖd  （Ｖ）なる範囲に収まるまで制御を繰り返す。
制御の繰り返しがある回数Ｎ回となった場合は、異常が起こっているとみなし、画像形成装置の表示部に異常であることを表示する。
更に、画像形成装置が外部の中央管理装置等と情報を通信する通信手段を持っている場合は、異常の情報を中央管理装置等に送信するようにしてもよい。
制御の繰り返し回数の上限値Ｎは固定値でもいいし、画像形成装置の動作時間や出力枚数等によって変化させてもよい。
静電潜像担持体１と対向して配置され、静電潜像担持体１上の静電潜像を現像する現像装置に上述したトナー搬送装置を備えることによって、現像装置内で実効的な現像バイアスＶdevを測定かつ調整することが可能となる（請求項６）。
【００３４】
また、図１０に示すように、トナー搬送部材２の表面電位測定手段Ｓを、図１に示したトナー供給口６〜現像剤担持体３を含む領域であるトナー供給手段よりも下流で、かつ静電潜像担持体１と対向する位置（現像領域）よりも上流に設けることによって、今まさに現像しようとするトナーが、トナー搬送部材２を搬送している状態での実行搬送部材表面電位Ｖdevを測定することができるため、第二電圧印加手段１２へのフィードバックをより精度良く行うことが可能となる（請求項７）。
【００３５】
上記のような構成の現像装置を画像形成装置に組み入れることによって、上記現像装置の利点を画像形成装置として提供することが可能となる（請求項８）。
その一例について、図１３に画像形成装置を示して説明する。
この画像形成装置は、像担持体、帯電手段、現像手段としての本発明に係る現像装置、クリーニング手段を備えた作像手段であるブラック（Ｋ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）のトナー像を形成するプロセスカートリッジ５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０1Ｃ、５０１Ｙ（以下、区別しないときには単に「プロセスカートリッジ５０１」という。なお、他も同じである。）と、光書込み装置５０２Ｋ、５０２Ｍ、５０２Ｃ、５０２Ｙと、転写材５０６を搬送する搬送ベルト５０３Ａ及びプロセスカートリッジ５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０1Ｃ、５０１Ｙに搬送ベルト５０３Ａを挟んで対向する転写ローラ５０３Ｂｋ、５０３Ｂｍ、５０３Ｂｃ、５０３Ｂｙと、定着装置５０４と、転写材５０６を収容する給紙装置５０５とを備えている。
【００３６】
ここで、光書込み装置５０２Ｋ、５０２Ｍ、５０２Ｃ、５０２Ｙは、画像情報に従ってプロセスカートリッジ５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０1Ｃ、５０１Ｙの帯電後の像担持体に潜像を書き込むためのものであり、ポリゴンを用いた光走査装置やＬＥＤアレイ等、種々のものを使用できる。
【００３７】
搬送ベルト５０３Ａは、搬送ローラ５１１、従動ローラ５１２及びテンションローラ５１３，５１４間に架け渡され、搬送ローラ５１１の回転により矢示方向に周回移動する。そして、搬送ローラ５１１と対向して転写材５０６を搬送ベルト５０３Ａ上に吸着させるための吸着ローラ５１５を配置し、また、搬送ベルト５０３Ａの出口側には搬送ベルト５０３Ａにトナー像を形成したときのパターンを検出するＰセンサ５１６を配置している。
【００３８】
転写ローラ５０３Ｂｋ、５０３Ｂｍ、５０３Ｂｃ、５０３Ｂｙは、少なくとも芯金と芯金を被覆する導電性弾性層とを有し、導電性弾性層はポリウレタンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンポリエチレン（ＥＰＤＭ）等の弾性材料に、カーボンブラック、酸化亜鉛、酸化スズ等の導電性付与剤を配合分散して電気抵抗値（体積抵抗率）を１０6〜１０10Ω・ｃｍの中抵抗に調整した弾性体ローラである。
定着装置５０４は、加熱ローラ５０４ａ及びこれに対向して加圧ローラ５０４ｂを備えている。
そして、この画像形成装置において、通常の画像形成動作では、給紙装置５０５から供給される記録用紙等の転写材５０６は吸着ローラ５１５に所定の電圧が印加されることで転写体である転写材搬送ベルト５０３Ａに吸着させられる。
転写材５０６は転写材搬送ベルト５０３Ａに担持された状態で転写材搬送ベルト５０３Ａとともに移動し、移動中にプロセスカートリッジ５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０1Ｃ、５０１Ｙから順次各色のトナー像が転写させられ、転写材５０６上にカラーのトナー像が形成される。
転写材５０６が搬送ベルト５０３Ａを通過して定着装置５０４に到達すると、転写材５０６上のトナー像は加熱ローラ５０４ａ及び加圧ローラ５０４ｂに挟まれつつ加熱されることで転写材５０６上に定着させられ、転写材５０６上に可視像が定着形成される。
その後、カラー画像が形成された転写材５０６は装置本体５１０上部の排紙部５０７に排出される。
【００３９】
また、各色トナー像の色ずれやトナー濃度の調整を行うモードでは、作像ユニット５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０１Ｃ、５０１Ｙから転写材搬送ベルト５０３Ａ上に直接所定パターンのトナー像が形成され、Ｐセンサ５１６によってそのトナーパターンが検出され、その検出結果に基づいて書込みタイミングや現像バイアスの変更等が行われ、最適なカラー画像を得ることができる状態に調整される。
転写材搬送ベルト５０３Ａ上のトナーパターンは吸着ローラ５１５に印加されたバイアスによって帯電極性を整えられた後、転写ローラ５０３Ｂｋ、５０３Ｂｍ、５０３Ｂｃ、５０３Ｂｙに印加された電圧によってプロセスカートリッジ５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０1Ｃ、５０１Ｙに回収される。
【００４０】
次に、本発明のプロセスカートリッジ５０１について説明する。
図１４は、プロセスカートリッジの概略構成図である。
このプロセスカートリッジ５０１は、像担持体５２１と、接触帯電部材５３１と、前述した現像装置５４１（なお、他の現像装置でも良い。）と、クリーニング装置５５１とを備えているものとする。
【００４１】
像担持体５２１は、負帯電の有機感光体であり、図示しない回転駆動機構によって矢印方向（図で反時計回り方向）に回転されるようにして備えられている。
接触帯電部材５３１は、芯金上に、ウレタン樹脂、導電性粒子としてのカーボンブラック、硫化剤、発泡剤等を処方した中抵抗の発泡ウレタン層をローラ状に形成した可撓性の帯電ローラである。
接触帯電部材（帯電ローラ）５３１の芯金上に形成される中抵抗層としては、上記の発泡ウレタン層に限定されるものではなく、ウレタン、エチレン−プロピレン−ジエンポリエチレン（ＥＰＤＭ）、ブタジエンアクリロニトリルゴム（ＮＢＲ）、シリコーンゴムや、イソプレンゴム等に抵抗調整のためにカーボンブラックや金属酸化物等の導電性物質を分散したゴム材や、またこれらを発泡させたものを用いることができる。
クリーニング装置５５１は、像担持体５２１の回転方向に対してカウンタ方向で当接させられたクリーニングブレード５５２と、クリーニングされたトナー粒子を廃トナーとして収納する廃トナー格納部５５３等を備えている。
【００４２】
次に、プロセスカートリッジ５０１の動作について説明する。
これは、複写機及びプリンタとして機能することができる複合機であり、複写機として機能するときには、スキャナから読み込まれた画像情報がＡ／Ｄ変換、ＭＴＦ補正、階調処理等の種々の画像処理を施されて書込みデータに変換される。
プリンタとして機能するときには、コンピュータ等から転送されるページ記述言語やビットマップ等の形式の画像情報に対して画像処理が施され書込みデータに変換される。
そして、画像形成に先駆けて、像担持体５２１は表面の移動速度が所定の速度となるように、図の矢印方向すなわち反時計回り方向に回転を始める。
また帯電ローラ５３１は、像担持体５２１に対して連れまわり回転させられる。
このとき帯電ローラ５３１の芯金には帯電バイアス印加電源から−２００Ｖの直流電圧および振幅１２００Ｖ周波数２ｋＨｚの交流電圧が印加され、これにより像担持体５２１の表面が約−２００Ｖに帯電させられる。
帯電させられた像担持体５２１に対し、光書込み装置５０２は書込みデータに応じてレーザー光５０２ａを照射して露光を行う。
すなわち、光照射によって画像部の電位を変化させることで光照射されなかった非画像部の電位との差を発生させ、この電位コントラストによる静電潜像を形成する。
光書込み装置５０２によって像担持体５２１上に形成された静電潜像は本発明に係る現像装置５４１によって現像され、画像部にトナー粒子が付着することによってトナー像として像担持体５２１上に可視化される。
像担持体５２１上に形成させられたトナー像が転写ローラ５０３Ｂと像担持体５２１との対向部である転写部に到達するのとタイミングを合わせて給紙装置５０５から転写材５０６が搬送され、像担持体５２１上のトナー像は転写ローラ５０３Ｂに印加された電圧により転写材５０６へと転写される。トナー像が転写された転写材５０６は定着装置５０４によって定着処理され転写材５０６上にカラー画像が出力される。
一方、転写されずに像担持体５２１上に残留したトナー（転写残トナー）は、クリーニング装置５５１によって清掃され、清掃後の像担持体５２１表面は次回の画像形成のために使用される。
そして、これらのブラック、マゼンタ、シアン、イエローのトナー像を形成するためのプロセスカートリッジ５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０１Ｃ、５０１Ｙは、画像形成装置本体５１０から着脱可能としている。
つまり、プロセスカートリッジ５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０１Ｃ、５０１Ｙは、図１５に示すように、転写材搬送ベルト５０３Ａが装置本体５１０から開放退避することで、開放された空間から着脱可能となっており、ユーザーメンテナンスに優れた構成となっている。
もちろん、これらを各色毎のカートリッジとして画像形成装置に着脱可能しても良い（請求項９、１０）。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の現像装置の一例の概略構成図を示す。
【図２】本発明の現像装置の他の一例の概略構成図を示す。
【図３】トナー搬送部材の一部を拡大した断面説明図である。
【図４】Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の３相のパルス状駆動波形（電圧）を示す。
【図５】トナーの移動状態と、トナー搬送部材の電極の印加状態を示す。
【図６】（ａ）〜（ｄ）トナーの移動状態と、トナー搬送部材の電極の印加状態を示す。
【図７】電源（第２電圧印加手段）の一例の概略構成図を示す。
【図８】トナー搬送部材の搬送領域における、搬送電圧パターンの、３相の駆動波形を示す。
【図９】現像領域における各電極に対する、各相の＋１００Ｖ又は０Ｖの印加時間ｔａと繰り返し周期ｔｆとを示す。
【図１０】本発明のトナー搬送装置を構成するトナー搬送部材上の概略図を示す。
【図１１】所定の条件での搬送部材表面の実効電位Ｖdevを測定した結果の一例を示す。
【図１２】トナー搬送部材上の実行電位Ｖdev検知と制御のフローチャートの一例を示す。
【図１３】画像形成装置の一例の概略構成図を示す。
【図１４】プロセスカートリッジの概略構成図である。
【図１５】画像形成装置の一例の概略構成図を示す。
【符号の説明】
【００４４】
１  潜像担持体
２  トナー搬送部材
３，１３  現像剤担持体
４，１４  現像剤収容部
５Ａ，５Ｂ，１５Ａ，１５Ｂ  スクリュ
６  トナー補給口
７  現像剤層規制部材
１０  現像装置
１１  第一電圧印加手段
１２  第二電圧印加手段
２０  電極
１０１  支持基板
１０２  電極
１０３  表面保護層
１０３ａ  静電搬送面
Ｖ１１〜Ｖ１３、Ｖ２１〜Ｖ２３  駆動電圧
１０４  本体側電源
５０１，５０１Ｋ，５０１Ｍ，５０１Ｃ，５０１Ｙ  プロセスカートリッジ
５０２Ｋ，５０２Ｍ，５０２Ｃ，５０２Ｙ  光書込み装置
５０３Ａ  搬送ベルト
５０３Ｂｋ，５０３Ｂｍ，５０３Ｂｃ，５０３Ｂｙ  転写ローラ
５０４  定着装置
５０４ａ  加熱ローラ
５０４ｂ  加圧ローラ
５０５  給紙装置
５０６  転写材
５０７  排紙部
５１０  装置本体
５１１  搬送ローラ
５１２  従動ローラ５１２
５１３，５１４  テンションローラ
５１５  吸着ローラ
５１６  Ｐセンサ５１６
５２１  像担持体
５３１  接触帯電部材（帯電ローラ）
５４１  現像装置
５５１  クリーニング装置
５５２  クリーニングブレード
５５３  廃トナー格納部
【図１】
2007114670.tif 000003
【図２】
2007114670.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007114670.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2007114670.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2007114670.tif 000016
【図１５】
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